Ergebnisse von orientierenden Stickstoffdioxidmessungen in Bergedorf - Zentrum

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1 FREIE UND HANSESTADT HAMBURG BEHÖRDE FÜR GESUNDHEIT UND VERBRAUCHERSCHUTZ Institut für Hygiene und Umwelt Hamburger Landesinstitut für Lebensmittelsicherheit, Gesundheitsschutz und Umweltuntersuchungen Bereich Umweltuntersuchungen Abteilung Luftuntersuchungen HU43 Ergebnisse von orientierenden Stickstoffdioxidmessungen in Bergedorf - Zentrum Bearbeiter: Dr. Thomas Reich Dr. Joachim Peschke Berichtsumfang: Seiten Projekt: Berichtsnummer: H43// HU43/ /02.13 Auftraggeber: Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt, Luftreinhaltung (BSU-IB45) Datum des Berichtes: Dieser Bericht ersetzt den Bericht Nr. HU43/ /01. vom Inhaltsverzeichnis: 1. Einleitung und Veranlassung Bewertungsmaßstäbe für Stickoxide Messorte und Messzeitraum Messverfahren Ergebnisse der Messungen und Bewertung Vergleichsmessungen Zusammenfassung und Fazit Anhang: Messverfahren... 9 NO2 Bergedorf_Apr-2013.docx Seite 1 von Bericht HU43/ /02.13

2 1. Einleitung und Veranlassung Im Bergedorfer Zentrum wurde ein neuer zentraler Busbahnhof (ZOB) errichtet und das Einkaufszentrum CCB erweitert. Im Zusammenhang mit einer befürchteten deutlichen Verkehrszunahme wurden vom Institut für Hygiene und Umwelt (HU) in Abstimmung mit der Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt (BSU)/Luftreinhaltung begleitend orientierende Messungen der Luftbelastung durchgeführt. Über die Ergebnisse der Messungen bis einschließlich Oktober 20 wurde im Januar 20 berichtet. Leider hatte sich die Inbetriebnahme des neuen Busbahnhofs erheblich verzögert, so dass er erst Mitte September 20 seinen regulären Betrieb aufnehmen konnte. Die bis dahin durchgeführten Messungen spiegelten somit den Zustand vor dem neuen Verkehrszustand wider und es wurde deshalb beschlossen, die Messungen um ein Jahr bis zum Oktober 20 zu verlängern, um die möglichen Auswirkungen durch die geänderte Verkehrslage zu erfassen. 2. Bewertungsmaßstäbe für Stickoxide Die Bewertungsmaßstäbe für Luftverunreinigungen durch Stickoxide werden in der 39. BImSchV (Verordnung über Luftqualitätsstandards und Emissionshöchstmengen) angegeben, sie stellen eine Umsetzung der Grenzwerte der europäischen Luftqualitätsrichtlinie 2008/50/EG dar: Grenzwerte für den Schutz der menschlichen Gesundheit (gültig ab 20): 40 NO 2 als Jahresmittelwert 200 NO 2 als 1-Std.-Mittelwert, darf nicht öfter als 18mal/Jahr überschritten werden 3. Messorte und Messzeitraum Die Messorte waren mit dem Ziel festgelegt worden, Änderungen der Verkehrseinflüsse erkennbar zu machen, speziell auch an den künftigen Busrouten nach Eröffnung des ZOB: Die Messpunkte BD-2 und BD-5 waren in die neuen Zufahrtsbereiche zum ZOB gelegt worden und die Messorte BD-1 und BD-3 befanden sich im Einflussbereich des allgemeinen Verkehrs, der durch Zuwachs betroffen sein könnte. Der zur Ermittlung der allgemeinen Hintergrundbelastung in Bergedorf eingerichtete Messpunkt BD-4 wurde ab Februar 20 nicht weiter beprobt, da hier keine Auswirkungen durch geänderten Verkehr auf die NO 2 - Belastung zu erwarten war. Die genaue Lage der Messorte ist dem Lageplan (Abb. 1) und der Tabelle 1 zu entnehmen. Von Juli 20 bis September 20 wurde im Rahmen eines weiteren Untersuchungsprogramm des HU ebenfalls an der Bergedorfer Straße (Südseite Höhe Hausnr. 2) der Messpunkt GM-18 beprobt. Dieser Messpunkt, dessen erste Ergebnisse bereits im letzten Bericht aufgeführt wurden, wurde in die nachfolgende Übersichten (Abb. 1, Tab. 1) mit aufgenommen. NO2 Bergedorf_Apr-2013.docx Seite 2 von Bericht HU43/ /02.13

3 Abbildung 1: Lageplan und Umgebungsansichten der Messorte in Bergedorf NO2 Bergedorf_Apr-2013.docx Seite 3 von Bericht HU43/ /02.13

4 Messpunkt Straße / Lage Rechts / Hoch BD-1 Bergedorfer Str. Höhe Nr. 85a, (Zufahrt zum Parkhaus) / BD-2 Weidenbaumsweg Höhe Hausnr / BD-3 Bergedorfer Straße (Nordseite) gegenüber Hausnr / BD-4 Am Schillerufer vor großer Wiese (nur bis Okt 20) / BD-5 Herzog-Carl-Friedrich-Platz, Ecke Alte Holstenstraße / GM-18 Bergedorfer Straße (Südseite) Höhe Hausnr / Tabelle 1: Lage und Gauss-Krüger-Koordinaten der Messpunkte Die Messungen an GM-18 dienten der messtechnischen Überprüfung von Ergebnissen einer Screening-Berechnung der Luftbelastung an Hamburgs Hauptverkehrsstraßen, die die BSU im Rahmen der Luftreinhalteplanung in Auftrag gegeben hatte (Gutachten "Berechnung Kfzbedingter Schadstoffemissionen und Immissionen in Hamburg" Ing. Büro Lohmeyer, Dezember 20) und die an dieser Stelle die höchste Belastung für Bergedorf auswies. Die Verkehrsmengenkarte 2009 der BWVI enthält für die Bergedorfer Straße westlich der Gabelung in B5 und B 207 die Angabe von Fahrzeugen für den durchschnittlichen täglichen Verkehr (DTV). Das o. g. Gutachten gibt für den Straßenabschnitt der Messung einen DTV von Kfz an. Im werktäglichen Verkehr DTVw beträgt der Lkw-Anteil 5 %. Der Verlängerungszeitraum der Messungen betrug ein Jahr bis einschließlich Oktober Messverfahren Die orientierenden Messungen der NO 2 -Konzentration erfolgten mithilfe von Passivsammlern der Fa. PASSAM AG. Die Passivsammler werden jeweils für einen Monat exponiert und anschließend im Labor auf ihren Gehalt an NO 2 untersucht. Als Auswerteergebnis erhält man die NO 2 -Konzentration der Luft als Monatsmittelwert. Eine detaillierte Beschreibung des Verfahrens ist im Anhang beigefügt. Abweichend von der bis 2009/ praktizierten Verfahrensweise wurden die Passivsammler ab 20/20 überwiegend, so auch in Bergedorf, mit Diffusionssperren der Fa. PASSAM in Form von Glasfritten betrieben. Gegenüber den vorher eingesetzten Diffusionssperren ebenfalls der Fa. PASSAM aus Papier ergaben sich dadurch leider Minderbefunde, die erst durch Parallelmessungen mit Sammlern unterschiedlicher Diffusionssperren bemerkt wurden. Danach wurden zahlreiche Vergleichsmessungen mit beiden Systemen an verschiedenen Standorten durchgeführt, die einen linearen Zusammenhang zwischen den jeweils erzielten Ergebnissen zeigen. Dadurch wurde die Verwendung eines Korrekturfaktors bei der Auswertung der Ergebnisse für Messungen mit Glasfritten möglich wurde (Details siehe Anhang). Rückwirkend müssen auch die im ersten Bericht vom Januar 20 aufgeführten Ergebnisse mit diesem Faktor 1,15 berichtigt werden. Sie werden deshalb hier noch einmal dargestellt. Der Bericht HU43/ /01. vom wird hiermit zurückgezogen. Im Gegensatz zu den Passivsammlermessungen wird im Hamburger Luftmessnetz (HaLm) die NO 2 -Konzentration mit kontinuierlich arbeitenden und direkt anzeigenden Stickoxidanalysatoren gemessen, die nach dem Referenzmessverfahren der Chemilumineszenz arbeiten und die eine Eignungsbekanntgabe besitzen. Ihre Kalibrierung wird auf ein zertifiziertes Prüfgas rückgeführt und die Richtigkeit der Messung wurde in diversen Ringversuchen nachgewiesen. NO2 Bergedorf_Apr-2013.docx Seite 4 von Bericht HU43/ /02.13

5 5. Ergebnisse der Messungen und Bewertung Für den Messzeitraum bis Oktober 20 wurden die in der Tabelle 2 zusammengestellten korrigierten Messergebnisse ermittelt: BD-1 BD-2 BD-3 BD-4 BD-5 GM-18 NO 2 Sep Okt * Nov Dez * 37 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Mittel Tabelle 2: Monatswerte der NO 2 -Konzentration sowie Jahresmittelwerte für den Zeitraum Nov. 20 bis Okt. 20, korrigiert mit dem Faktor 1,15. *: kein NO 2 -Monatswert, da Sammler während der Probenahme entwendet wurde Monatlicher NO 2 -Konzentrationsverlauf BD 3 13-ST BD 1 BD 2 BD 4 BD 5 GM Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Abbildung 2: Verlauf der NO 2 -Monatsmittel bis Oktober 20, korrigierte Messwerte NO2 Bergedorf_Apr-2013.docx Seite 5 von Bericht HU43/ /02.13

6 Die Abbildung 2 zeigt noch einmal für den ersten Teil des Bergedorfer Messprogramms bis Oktober 20 den Verlauf der monatlich gemessenen und korrigierten NO 2 -Werte für alle fünf Untersuchungspunkte des Bergedorfer Messprogramms inklusive des Ergänzungspunktes GM-18 und der städtischen Hintergrundmessstation Sternschanze. Die Ergebnisse nach Eröffnung des Busbahnhofs von November 20 bis Oktober 20 sind in Tabelle 3 und Abbildung 3 dargestellt BD-1 BD-2 BD-3 BD-4 BD-5 GM-18 NO 2 Nov Dez Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Mittel * Tabelle 3: Monatsmittelwerte der NO 2 -Konzentration sowie Jahresmittelwerte für den Zeitraum Nov. 20 bis Okt. 20 (*: GM-18 Sep. 20 bis Aug 20) Monatlicher NO 2 -Konzentrationsverlauf BD 3 13 ST BD 1 BD 2 BD 4 BD 5 GM Nov Dez Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Abbildung 3: Verlauf der NO 2 -Monatsmittelwerte von Nov. 20 bis Okt. 20 Den Messdaten aus dem ersten Teil des Messprogramms war zu entnehmen, dass zwischen der in Bergedorf vorliegenden NO 2 -Hintergrundbelastung von 19, gemessen Am Schillerufer (BD-4), und der verkehrsnahen Belastung an der Bergedorfer Straße am Mess- NO2 Bergedorf_Apr-2013.docx Seite 6 von Bericht HU43/ /02.13

7 punkt BD-3 ein Faktor 2,6 liegt. Die Belastung am Messpunkt GM-18 liegt noch einmal etwa höher als am Punkt BD-3 bei 60 NO 2. Diese Messdaten stimmen gut mit den berechneten Werten aus dem Lohmeyer-Gutachten überein, die für die Bergedorfer Straße 50 am Ort BD-3 sowie 59 am Ort GM-18 ergeben haben. An den anderen Messpunkten BD-1, -2 und -5 liegt die NO 2 -Belastung unterhalb des Grenzwertes von 40. Gegenüber dem ersten Messjahr vor Inbetriebnahme des ZOB haben sich allerdings Änderungen ergeben: Der Messpunkt BD-1 westlich der S-Bahngleise lag während der Bauphase des ZOB in der Nähe des Busverkehrs; hier ist die Belastung im zweiten Messjahr mit 28 NO 2 merklich niedriger als zuvor mit 35. Anders an den Messpunkten BD-2 und BD-5, die an den Zufahrtstrecken des neuen ZOB liegen. An ihnen stieg die Belastung an von vorher 34 NO 2 auf jeweils 37 bzw. 38 im zweiten Messjahr. Durch die geänderte Streckenführung des Busverkehrs sind die Zu- und Abnahmen plausibel zu erklären. 6. Vergleichsmessungen Bei der Bewertung der Belastungshöhe ist die Messunsicherheit des orientierenden Passivsammlerverfahrens zu berücksichtigen. Die seit einigen Jahren zur Qualitätssicherung laufenden Parallelmessungen zu den automatischen NO 2 -Messgeräten im Luftmessnetz an den zwei Stationen Sternschanze und Habichtstraße (und seit 20 auch an der Station Veddel) hatten bis 2009/20 gezeigt: Im städtischen Hintergrund lagen die mit Passivsammlern ermittelten Werte nahe bei den Referenzmesswerten aus dem Luftmessnetz; die Abweichungen betrugen im Mittel weniger als %. An Verkehrsmessstationen, also stark verkehrsbeeinflusst, traten bei den Passivsammlern zeitweise merkliche NO 2 -Mehrbefunde von % bis 20 % auf. Die Ursache dafür konnte bisher nicht befriedigend erklärt werden. In den zurückliegenden drei Jahren haben sich die Vergleichsmessergebnisse generell auf geringe Abweichungen von unter % eingependelt. Für den Zeitraum der Messungen in Bergedorf bzw. für das Jahr 20 wurden die folgenden Ergebnisse bei den Parallelmessungen erzielt: NO 2 Sternschanze Habichtstraße Veddel Angaben in passiv HaLm passiv HaLm passiv HaLm Nov Okt * 29 30, , ,1 Nov Okt * 29 29, , ,0 Jahr 20 # 29 30, , ,5 *. Diffusionssperre aus Papier # : Glasfritte als Diffusionssperre, Korrekturfaktor 1,15 Tabelle 2: Ergebnisse der Vergleichsmessungen zwischen Passivsammlern und Luftmessnetz Aus den Zahlen wird ersichtlich, dass alle Abweichungen gegenüber dem kontinuierlichen Referenzverfahren kleiner als 3 NO 2 sind. Das Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen (LANUV) hat für vergleichbare NO 2 -Passivsammlermessungen eine erweiterte Messunsicherheit des Jahresmittelwertes von 5 ermittelt, das sind,5 % bezogen auf den Grenzwert von 40 (siehe Anlage [3]). Aufgrund der oben dargestellten Vergleichsmessergebnisse gehen wir von einer Messunsicherheit in vergleichbarer Größenordnung aus. NO2 Bergedorf_Apr-2013.docx Seite 7 von Bericht HU43/ /02.13

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9 8. Anhang: Messverfahren Die passive Probenahme erfolgt über Diffusionssammler der Fa. PASSAM AG, deren Adsorptionsmittel (Triethanolamin) das Stickstoffdioxid (NO 2 ) aus der Außenluft bindet. Nach Beendigung der Probenahme wird die adsorbierte Menge NO 2 im Labor mit einem Reagenz extrahiert und zu einem rosafarbenen Diazofarbstoff umgesetzt (Saltzman-Reaktion), der photometrisch vermessen wird. Das analytische Verfahren ist in der Richtlinie VDI 2453 Blatt 1 Messen der Stickstoffdioxid-Konzentration, manuelles photometrisches Basis-Verfahren (Saltzman) beschrieben. Die Herstellerfirma Passam AG gibt folgende Verfahrenskenngrößen für die NO 2 -Messungen mit ihren Passivsammlern an: Messbereich: (Expositionszeit 1 4Wochen) Nachweisgrenze: 0,3 (bei Messdauer von 1 Monat) Erweiterte Messunsicherheit: 18,4 % (im Bereich von ) (Passam-Spezifikationen, Stand , [1]) Die Probenahme erfolgte entsprechend der Standardarbeitsanweisung SOP HU (Außenluft-Probenahme mit Diffusionssammlern) mit dem dort beschriebenen Probenahmeaufbau (Abb. 3). Als Diffusionssperren kamen die von der Fa. Passam gelieferten Glasfritten zum Einsatz. Die NO 2 -Proben wurden im Labor entsprechend der Arbeitsanweisung SOP HU (Verfahren zur Messung der Stickstoffdioxid-Konzentration in der Außenluft mittels Passivsammler, orientierendes Verfahren auf Basis der Saltzman- Reaktion) aufgearbeitet und ausgewertet. Die Berechnung der NO 2 -Konzentration erfolgt mit folgender Formel: c [µg NO2/m³]= m * K Sammler * 13 * T Probenahme * korrig.diff.koeffizient * Expos.in s * p Probenahme * 293,15 m = µg NO 2 / Probe K Sammler =,28 T Probenahme = mittlere Temperatur bei der Probenahme [ K] p Probenahme = mittlerer Außenluftdruck bei der Probenahme [hpa] Expos. in s = Probenahmezeit in s Korrig.Diff.koeffizient = 0,154 * (T Probenahme /293,15) 1,5 * (13/ p Probenahme ) Bei dem parallelen Einsatz von unterschiedlichen Diffusionssperren (Papierfilter und Glasfritten) wurde festgestellt, dass mit den Glasfritten geringere NO 2 -Konzentrationen ermittelt wurden als mit Passivsammlern mit Papierfritten. Da die Glasfritten-Diffusionssperren in der Anwendung deutliche Vorteile aufweisen, wurden an folgenden Probenahmeorten entsprechende Vergleichsuntersuchungen durchgeführt. Zeitraum Aug 20 bis Dez 20: Messprogramm Wasserschutzpolizei: WSP 3 Zeitraum Okt 20 bis Dez 20: Messstation Habichtstraße Zeitraum Jan bis Aug 20: Messpunkte GM 5, GM, Zeitraum Jan bis Dez 20: Messstationen Sternschanze und Veddel; Zeitraum Jan bis Dez 20: Messpunkte KfA 5 und KfA 6, GM 19 An den Stationen, an denen Doppelbestimmungen mit einer Art von Diffusionssperren erfolgten, wurden die Mittelwerte der NO 2 -Konzentration für diesen Vergleich herangezogen. In dem folgenden Diagramm sind die Ergebnisse dieser Vergleichsuntersuchungen dargestellt: NO2 Bergedorf_Apr-2013.docx Seite 9 von Bericht HU43/ /02.13

10 90,0 NO 2 -Passivsammler: Vergleich Diffusionssperren (Papierfilter/Glasfritte) Diffusionssperre Papier 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0,0 ohne Achsenabschnitt y = 1,1501x R² = 0,9889 mit Achsenabschnitt y = 1,3x + 2,0807 R² = 0,991,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 Diffusionssperre Glas Wie aus dem Diagramm ersichtlich wird, ist ein guter linearer Zusammenhang der Messreihen mit unterschiedlicher Diffusionssperre zu erkennen. Für die weitere Auswertung wurde der Faktor 1,15 (linearer Zusammenhang ohne Achsenabschnitt) verwendet. Eigene Ermittlungen der Kenndaten bezüglich des Analysenschrittes (ermittelt mit Kalibrations- und Leerwertmethode) zeigen eine Nachweisgrenze von < 0,05 µg NO 2 /2ml, was einer Konzentration von 1,3 µg NO 2 /m³ entspräche bei einer Expositionszeit von 4 Wochen. Vom Bundesland Nordrhein-Westfalen wurden umfangreiche Messungen mit NO 2 -Passivsammlern durchgeführt ([2], [3]) Dort wurde für vergleichbare NO 2 -Passivsammlermessungen eine erweiterte Messunsicherheit des Jahresmittelwertes von 5 ermittelt, das sind,5 % bezogen auf den Grenzwert von 40. Abbildung 3: Probenahmeaufbau der Passivsammler nach [4] Literatur: [1]: Nitrogen dioxide / specifications. [2]: Pfeffer, U. et al.: Measurements of nitrogen dioxide with diffuse samplers at traffic-related sites in North Rhine-Westphalia (Germany). Gefahrstoffe, Reinh. Luft 66 (2006), Nr. 1/2, S NO2 Bergedorf_Apr-2013.docx Seite von Bericht HU43/ /02.13

11 [3]: Pfeffer, U. et al.: Calibration of diffuse samplers for nitrogen dioxide using the reference Method Evaluation of measurement uncertainty. Gefahrstoffe, Reinh. Luft 70 (20), Nr. /, S [4]: Niedersächsische Landesamt für Ökologie: Der Einsatz von Passivsammlern zur Ermittlung der Benzol-Belastung in Straßenschluchten, ISSN , Februar NO2 Bergedorf_Apr-2013.docx Seite von Bericht HU43/ /02.13